13.06.01 Теоретическая электротехника

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Директор ИЭЭ
Бутырин П.А
____________________________
подпись
«____» _______________ 2015 г.
ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ ПРИ ПОСТУПЛЕНИИ В
АСПИРАНТУРУ
Направление –
13.06.01, Электро- и теплотехника
код, название
Направленность –
Теоретическая электротехника
название
Москва, 2015
1. Основные понятия и законы
Предмет теоретической электротехники, основные этапы развития
электротехники, отечественная электротехническая школа. Характеристика
задач теории электромагнитного поля и теории электрических и магнитных
цепей. Электромагнитное поле как особый вид материи, две его
составляющие – электрическое поле, магнитное поле. Параметры и
интегральная форма основных уравнений электромагнитного поля. Энергия,
силы и механические проявления электрического и магнитного полей.
Электрическое напряжение и электродвижущая сила. Электрический ток,
виды электрического тока. Магнитный поток и его непрерывность.
Электрические и магнитные цепи. Научные абстракции, используемые в
теории электрических цепей. Линейные и нелинейные цепи, цепи с
распределенными и сосредоточенными параметрами. Схемы электрических и
магнитных цепей. Понятие о топологии схем электрических и магнитных
цепей. Графы и топологические матрицы схем электрических и магнитных
цепей. Законы электрических и магнитных цепей. Полные системы
уравнений электрических и магнитных цепей. Установившиеся и переходные
процессы в электрических и магнитных цепях. Анализ, синтез и диагностика
как основные задачи теории электрических и магнитных цепей.
2. Теория линейных электрических цепей
Электрические и электронные цепи в системах передачи,
распространения и преобразования энергии и информации. Активные и
пассивные цепи. Двухполюсники и многополюсники. Управляемые
источники. Индуктивно связанные элементы. Методы расчета электрических
цепей при установившихся синусоидальных и постоянных токах: метод
эквивалентного генератора, метод контурных токов и узловых напряжений,
методы эквивалентных преобразований электрических цепей, комплексный
метод. Мощности в цепях синусоидального и постоянного токов. Баланс
мощностей.
Многофазные цепи. Расчет симметричных и несимметричных режимов
работы трехфазных цепей. Метод симметричных составляющих.
Четырехполюсники,
матрицы
и
основные
уравнения
четырехполюсников. Характеристическое сопротивление и коэффициент
передачи.
Схемы
замещения
четырехполюсников.
Соединения
четырехполюсников.
Электрические
цепи
при
несинусоидальных
периодических
напряжениях и токах. Гармонический анализ периодических функций.
Действующие значения мощности и токов, напряжений, электродвижущих
сил. Состав высших гармоник при симметрии форм кривых напряжений и
токов. Мощности в цепях с несинусоидальными напряжениями и токами.
Резонансные явления. Частотные характеристики цепей и методы их
расчета. Элементы теории фильтров. Полоса пропускания и избирательность
фильтра.
Переходные процессы в линейных цепях. Анализ переходных
процессов. Классический и операторный методы расчета. Метод переменных
состояний. Использование интегралов Дюамеля при расчете переходных
процессов, передаточные функции цепи. Расчет процессов при наличии в
цепи емкостных контуров и индуктивных сечений. Сведение задач расчета
переходных процессов к расчету резистивных цепей – метод дискретных
схем замещения. Цифровые электрические и электронные цепи, zпреобразование, уравнения состояния в z-области, передаточные функции
цифровых систем в z-области.
Цепи с распределенными параметрами. Уравнения длинных линий, их
решение для установившихся синусоидальных колебаний. Переходные
процессы в цепях в распределенными параметрами.
3. Теория нелинейных электрических цепей
Установившиеся процессы в нелинейных цепях. Методы расчета
нелинейных электрических и магнитных цепей при постоянных токах и
напряжениях.
Нелинейные цепи переменного тока и методы их расчета. Анализ
установившихся процессов в нелинейных цепях переменного тока.
Формирование алгебраических уравнений нелинейных резистивных
электрических цепей и численные методы их решения.
Переходные процессы в нелинейных цепях. Основные методы анализа
нелинейных электрических цепей – метод возмущений, метод
гармонического баланса. Частотные свойства нелинейных цепей. Фазовая
плоскость.
4. Теория электромагнитного поля
Векторы и основные уравнения электромагнитного поля. Полная
система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.
Граничные условия. Энергия и энергетические преобразования в
электромагнитном поле. Теорема Умова-Пойнтинга.
Статические поля. Основные уравнения статических электрического и
магнитного полей. Уравнение Пуассона и Лапласа. Метод зеркальных
изображений. Емкость, емкостные и потенциальные коэффициенты. Краевые
задачи и методы их решения. Энергия и силы в электростатическом поле.
Стационарные электрические и магнитные поля. Основные уравнения
поля. Дифференциальная форма законов Ома, Ленца – Джоуля, Кирхгофа.
Подобие статических и стационарных полей. Скалярный и векторный
магнитные потенциалы. Потокосцепление. Собственная и взаимная
индуктивности. Расчет индуктивностей. Энергия и силы в магнитном поле.
Переменное электромагнитное поле в материальной среде. Уравнения
переменного магнитного поля. Уравнения Максвелла в комплексной форме.
Комплексные параметры среды. Теорема Умова-Пойнтинга в комплексной
форме. Вектор Пойнтинга. Поверхностный эффект. Глубина проникновения.
Электромагнитное поле в реальных проводниках, диэлектриках,
ферромагнетиках и анизотропных средах.
Электромагнитные волны и излучение. Волновое уравнение и его
решение. Гармонические волны в идеальном диэлектрике. Волны в
пространстве, ограниченном проводящими границами. Волноводы и
резонаторы. Типы волн.
5. Диагностика электрических цепей
Задача диагностики электрических цепей. Тестовая и функциональная
диагностика. Корректность ее постановки, базисная постановка задачи
диагностики. Этапы решения задачи диагностики: физический эксперимент,
математическая обработка результатов эксперимента. Сложность решения
задачи диагностики резистивных цепей: число измерений, число
математических операций обработки эксперимента, число обусловленности
математической модели.
6. Математическое моделирование цепей и электродинамических систем
Задачи математического моделирования и модели электрических
цепей. Теоремы существования решений уравнений электрических цепей и
корректной постановки задач моделирования. Некорректные задачи
моделирования электрических цепей и общие подходы к их решению.
Проблема сложности решения задач моделирования: высокая размерность,
нелинейность, плохая обусловленность, жесткость и овражность задач.
Моделирование резистивных цепей. Формирование уравнений,
машинная технология формирования уравнений.
Численные методы моделирования переходных процессов в
электрических цепях: резистивные аналоги накопителей энергии и
разностные схемы уравнений электрических цепей. Моделирование
нелинейных электрических цепей в установившихся и пе5реходных
процессах. Резистивные дискретные аналоги нелинейных элементов.
Машинное формирование уравнений нелинейных электрических цепей.
Моделирование электродинамических систем в установившихся и
переходных режимах: математические модели электродинамических систем,
упрощенные модели электроэнергетических систем в переходных процессах.
7. Информационные технологии электротехники
Технологии машинного расчета электрических цепей. Задачи
машинного расчета электрических цепей, методы и технологии их решения.
Формализация описания электрических цепей. Топологические списки,
технологии ввода данных для расчета цепей. Технология формирования
узловых уравнений: принцип поэлементного вклада. Проблемы численной
обработки узловых уравнений. Условия существования единственного
решения узловых уравнений. Оценка точности решения узловых уравнений
по точности задания исходных данных и числу обусловленности узловых
матриц. Технологии работы с конкретными программами расчета
электрических цепей и электромагнитных полей. Знакомство с программами
расчета электрических цепей и электромагнитных полей (Matlab, Desing,
Canter, Qfield, Ansys, Elcut т.д.) и средой Labview работы с виртуальными
инструментами. Технологии работы с компьютерными программами и
средами при расчете электрических цепей и электромагнитных полей.
Основная литература
1. Теоретические основы электротехники /К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман,
Н.В.Коровкин. Т.1-3, – СПб, 2009.
2. Л.Р.Нейман, К.С.Демирчян. Теоретические основы электротехники.
Т.1,2 Л.: Энергоиздат, 1981.
3. Основы теории цепей. /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил,
С.В.Страхов. – М.: Высшая школа, 1989.
4. Бессонов
Л.А.
Теоретические
основы
электротехники.
Электрические цепи. – М.: Гардарики, 2008.
6. Сборник задач по теоретическим основам электротехники в 2-х
томах / Под редакцией П.А.Бутырина. – М.:, издательство МЭИ, 2012.
7. 7. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: В 2-х ч. Ч. 1. – М.: Мир –
1988 – 336 с.
8. 8. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: В 2-х ч. Ч. 2. – М.: Мир –
1988 – 360 с.
9. Шакиров М.А. Теоретические основы электротехники. Новые идеи
и принципы. Схемоанализ и диакоптика. – СПб.: Издательство СПбГТУ,
2001.
10. Giorgio Rizzoni Fundamentals of Electrical Engineering – NY.:
McGraw-Hill Higher Education, 2008
11. Методы классической и современной теории автоматического
управления. Т. 3/под ред. К.А. Пупкова. – М.: Изд-во МВТУ им. Баумана,
2000.
12. Джарратано Д., Райли Г. Экспертные системы: принципы
разработки и программирование – М.:Вильямс, 2008, – 1152 с.
13. Тюкин И.Ю., Терехов В.А. Адаптация в нелинейных динамических
системах – М.: ЛКИ, 2008, – 384 с.
Дополнительная литература
1. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет
электрических цепей. – М.: Высшая школа, 1988.
2. Демирчян
К.С.,
Чечурин
В.Л..
Машинные
расчеты
электромагнитных полей. – М.: Высшая школа, 1986.
3. Нелинейные системы. Частотные и матричные неравенства/А.Х.
Гелига, Г.А. Леонова, А.Л. Фрадкова – М.: Физматлит, 2010, – 608 с.
4. Massimiliano Di Ventra Electrical Transport in Nanoscale Systems – L.:
Oxford university press, 2008.
5. Барыбин А.А. Электродинамика волноведущих структур. Теория
возбуждения и связи волн – М.: Физматлит, 2007, – 512 с.
6. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии – М.:
Физматлит, 2009, – 286 с.
«Согласовано»
Директор
АВТИ
название института
В.П. Лунин
подпись
Ф.И.О.